Ahhoz, hogy egy anyag növelje a hőmérsékletét, bizonyos mennyiségű energiára van szükség hő formájában. Ez az energiamennyiség az úgynevezett fajlagos hő, fajlagos hőkapacitás néven is ismert.
A fajlagos hő magyarázza, hogy a fakanál lassabban melegszik fel, mint a fém kanál, és hogy bizonyos anyagokat felhasználva szerszámokat és edényeket építünk felhasználásuknak megfelelően.
Ezért a fizikában a fajlagos hő meghatározása az az az energiamennyiség, amelyet át kell vinni az anyag egységnyi tömegére, hogy hőmérséklete egy fokkal megemelkedjen. Vegyük példaként a vizet: ha szobahőmérsékleten 4182 joule energiát viszünk át egy kilogramm vízre, annak hőmérséklete egy fokkal megemelkedik. Tehát a víz fajhője 4182 joule kilogrammonként.
Specifikus hőegységek
A fajlagos hő különféle egységekben fejezhető ki, amelyeknek mindig tükrözniük kell az energia-, tömeg- és hőmérsékleti egységeket. A nemzetközi rendszerben az egység joule (energia) kilogrammonként (tömeg) kelvin (hőmérséklet) vagy J/kg.K. Például az acél fajhője 502 J/kg .K; Ez azt jelenti, hogy ahhoz, hogy egy kilogramm acél hőmérsékletét 1 kelvinnel megemelje, 502 joule energiára van szükség.
A fajlagos hőt is kifejezhetjük kalória/gramm Celsius-fok (cal/g.ºC). Az acél példájával folytatva a fajlagos hő értéke 0,12 cal/g.ºC, vagyis egy gramm acél hőmérsékletének egy Celsius-fokkal történő emeléséhez 0,12 kalória szükséges.
Specifikus hőjellemzők
A fajlagos hő a intenzív fizikai tulajdonság, Ez nem az anyag mennyiségétől függ. Másrészt a fajlagos hő különböző hőmérsékleteken változhat, vagyis az az energiamennyiség, amelyet át kell adni a hőmérséklet egy Celsius-fokos emeléséhez, szobahőmérsékleten nem azonos a 100 ° C vagy 0 ° C hőmérsékleten.
A legismertebb példa fajlagos hő hőmérsékletfüggése víz, amint azt a következő táblázat látni fogja:
| 0 | 4 218 | 1,007 |
| 10. | 4 192 | 1,001 |
| húsz | 4 182 | 0,998 |
| 30 | 4 178 | 0,997 |
| 40 | 4 178 | 0,997 |
| ötven | 4 181 | 0,998 |
| 60 | 4 184 | 0,999 |
| 70 | 4 189 | 1000 |
| 80 | 4 196 | 1,002 |
| 90 | 4 205 | 1,004 |
| 100 | 4 216 | 1,007 |
Hogyan számolja ki a fajlagos hőt?
A fajlagos hő, amelyet a c kisbetűvel jelölünk, a következő képlettel számítható:
ahol Q a testbe továbbított energia mennyisége, m az anyag tömege és ΔT a végső és a kezdeti hőmérséklet közötti különbség.
Például egy 0,100 kg-os alumíniumtömbnek, amelyre 897 J-t visznek át 20 ° C és 30 ° C között, fajlagos hője:
A különböző anyagok fajlagos hőértékeinek táblázata
Bemutatjuk a mindennapi életben fontos különböző anyagok fajlagos hőértékét, a két leggyakrabban használt J/kg.K és cal/g.ºC egységben kifejezve:
Megoldott specifikus hőgyakorlatok
1. A kályhára 2 liter 18ºC-os vízzel ellátott edényt helyeznek. Mennyi energiát kell alkalmazni a hőmérséklet 30ºC-ra emeléséhez?
Először kiszámoljuk 2 liter víz tömegét a sűrűségén keresztül (1gr/ml). Azután:
Másodszor, hogy kiszámítsuk a Q számára megoldott energiát az adott hő képletből, és helyettesítsük a kifejezéseket. A hőmérsékleteket kelvinre (ºC +273) alakítjuk, és 4 182 J/kg.K-t használunk a víz fajhőjeként:
Válasz: 2 kg víz 18ºC-tól 30º-ig történő szállításához 100 368 joule energiára van szükség.
2. Két A és B tartálya van ugyanolyan tömegű, de eltérő anyaggal, az egyik alumíniumból, a másik acélból készül. Mindkét tartályt egy időre helyezik a tűzhelyre, de a B edény magasabb hőmérsékletet ér el, mint az A tartály.?
Először az alumínium és az acél fajlagos hőértékét vizsgáljuk:
- Alumínium: 897 J/kg. K.
- Acél: 502 J/kg. K.
Tudomásul vesszük, hogy az alumínium fajlagos hője nagyobb, mint az acélé. Ez azt jelenti, hogy azonos tömeggel az acélnak kevesebb energiára van szüksége, mint az alumíniumnak, hogy hőmérsékletét egy fokkal megemelje.
Mindkét tartály ugyanannyi energiát kapott, mert egyidejűleg voltak a tűzhelyen. A B tartály azonban felforrósodott, így arra következtethetünk, hogy a B tartály acélból készül, mert ennek alacsonyabb a fajlagos hőértéke.
3. Az alábbi grafikon két azonos tömegű és különböző anyagú, A és B minta átvitt energiájának és hőmérséklet-változásának adatait mutatja:
A két anyag közül az A vagy B közül melyiknek magasabb a fajlagos hője?
A vett Q energia és a ΔT hőmérsékletváltozás közötti kapcsolat a következő: